DE19716652A1 - Centrifugal separator - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Fliehkraftabscheider, insbeson dere für die Verwendung in Gasgeneratoren von Airbag-Schutz einrichtungen. Der Fliehkraftabscheider ist als Ringraum mit einer konzentrischen Innen- und Außenwand und zwei Stirnwän den ausgebildet, wobei die Innenwand mit ein Gas- oder Gas- Staub-Gemisch von innen in den Ringraum leitenden, draller zeugenden Einströmöffnungen und die Außenwand oder eine Stirnwand mit Auslaßöffnungen versehen sind.The invention relates to a centrifugal separator, in particular for use in gas generators of airbag protection facilities. The centrifugal separator is included as an annular space a concentric inner and outer wall and two end walls the formed, the inner wall with a gas or gas Dust mixture from the inside leading into the annulus, swirling generating inflow openings and the outer wall or a End wall are provided with outlet openings.
Zum Abtrennen von Gasen aus einem Gasgemisch oder von Parti keln aus einem Gas-Staub-Gemisch werden für verschiedene Einsatzzwecke Fliehkraftabscheider benutzt. Für Gasgenera toren von Airbag-Schutzeinrichtungen in Kraftfahrzeugen sind z. B. derartige Abscheider als Fliehkraft-Staubabscheider zum Trennen der heißen Verbrennungsrückstände, die beim Verbren nen eines Festtreibstoffes entstehen, vom Gasstrom bekannt (DE-C 23 64 268).For separating gases from a gas mixture or from parti geln from a gas-dust mixture are for different Centrifugal separators used. For gas genera gates of airbag protection devices in motor vehicles e.g. B. such separators as centrifugal dust separators Separate the hot combustion residues from burning NEN of a solid fuel, known from the gas flow (DE-C 23 64 268).
Das Treibgas für einen Airbag wird durch Zünden eines Fest treibstoffsatzes erzeugt. Es enthält einen hohen Anteil heißer, zum großen Teil auch flüssiger und brennender Ver brennungsrückstände, die nicht in den Airbag gelangen dür fen, da sie die Haut des Airbags durchschlagen würden und auch zu hohen Temperaturen im Bereich der Lenkradnabe und zu möglichen Verbrennungen der Kraftfahrzeug-Insassen führen können. Es ist deshalb eine Reihe von Lösungen bekannt, in denen Filter in den Gasstrom zwischen der Brennkammer des Gasgenerators und dem Airbag gesetzt werden. Filter führen jedoch zu einer starken Querschnittsverringerung und somit zu einer Druckminderung. Außerdem werden bereits festgehal tene Partikel durch den nachfolgenden Gasstrom mitgerissen.The propellant gas for an airbag is created by igniting a festival fuel set generated. It contains a high percentage hot, for the most part also liquid and burning Ver combustion residues that should not get into the airbag because they would penetrate the skin of the airbag and too high temperatures in the area of the steering wheel hub and too possible burns to the motor vehicle occupants can. A number of solutions are therefore known in which filter in the gas flow between the combustion chamber of the Gas generator and the airbag are set. Lead filter however, to a large reduction in cross-section and thus to a pressure reduction. In addition, are already being held Particles entrained by the subsequent gas flow.
Eine Möglichkeit, die Partikel aus dem Gasstrom bei geringe ren Druckverlusten zu entfernen, wurde deshalb mit der vor genannten Lösung des Einsatzes eines Fliehkraft-Staubab scheiders gesehen. Der Vorschlag sieht einen Ringraum vor, in den der Gasstrom von innen durch drallerzeugende Austrittsöffnungen der inneren Brennkammer hineingeleitet wird. Er trifft auf eine konisch verlaufende äußere Wand und macht dadurch eine schraubenartige, beschleunigte Bewegung, bei der sich die Partikel an dieser Wand absetzen sollen. Die Ergebnisse mit dieser Anordnung sind indessen unbefrie digend. Es erfolgt nur teilweise eine Kondensation der Par tikel an der äußeren Wand des Ringraumes. Teilweise prallen die hochbeschleunigten Partikel von der Wand wieder zurück und werden vom Gasstrom dann mitgerissen. Außerdem bilden die Partikel, die sich an der Wand ablagern, sofort eine isolierende Schicht, die ein weiteres Kondensieren verhin dert. Zusätzliche Maßnahmen zur Erhöhung des Kühleffektes durch mehrfache Umlenkung des Gasstroms führen wiederum zur Druckminderung. Praktisch ausgeführte Gasgeneratoren sind deshalb weiter bei dem Prinzip der Filterung geblieben.One way to get the particles out of the gas stream at low To remove their pressure drops, it was therefore done with the mentioned solution of the use of a centrifugal dust seen Scheiders. The proposal provides an annulus in which the gas flow from the inside by swirling Outlet openings of the inner combustion chamber introduced becomes. It meets a conical outer wall and makes a screw-like, accelerated movement, where the particles should settle on this wall. The results with this arrangement, however, are unsatisfied digend. There is only partial condensation of the par particles on the outer wall of the annulus. Partially bounce the highly accelerated particles back from the wall and are then carried away by the gas flow. Also make up the particles that are deposited on the wall immediately become one insulating layer that prevents further condensation different. Additional measures to increase the cooling effect through multiple redirection of the gas flow in turn lead to Pressure reduction. Practically designed gas generators are therefore continued with the principle of filtering.
Durch die DE-A 195 05 580 wurde das Prinzip des Fliehkraft-Staubabscheiders wieder aufgegriffen. Nach diesem Vorschlag trifft der Gasstrom durch drallerzeugende Austrittsöffnungen der inneren Brennkammer aus und trifft nach zweifacher 90°-Umlenkung radial und tangential auf eine Wand eines Ringrau mes, an der sich die Partikel absetzen sollen. Der Gasstrom wird wiederum um 90° abgelenkt, durch ein Filter geleitet und - noch einmal um 90° abgelenkt - radial nach außen zum Airbag geleitet. Wie unschwer zu erkennen ist, führt auch hier die mehrfache Umlenkung des Gasstromes zu einem starken Druckabfall.DE-A 195 05 580 was the principle of the centrifugal dust separator picked up again. According to this suggestion hits the gas flow through swirl-generating outlet openings the inner combustion chamber and hits after double 90 ° deflection radial and tangential to a wall of an annulus where the particles should settle. The gas flow is again deflected by 90 °, passed through a filter and - again deflected by 90 ° - radially outwards to the Airbag directed. As can be easily recognized, it also leads here the multiple deflection of the gas flow to a strong one Pressure drop.
Fliehkraftabscheider für andere Zwecke sind ähnlich aufge baut und weisen für das Trennen von Gasen oder für ein Abtrennen von Partikeln aus einem Gasstrom einen noch zu geringen Wirkungsgrad auf.Centrifugal separators for other purposes are similar builds and instruct for separating gases or for Separating particles from a gas stream still one too low efficiency.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flieh kraftabscheider der eingangs genannten Art anzugeben, mit der der Wirkungsgrad erheblich erhöht werden kann. The invention has for its object a flee to specify force separators of the type mentioned at the beginning with which can significantly increase efficiency.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in dem Ringraum eine mit der Außenwand einen ringförmigen Hohlraum bildende Zwischenwand konzentrisch angeordnet ist, die ent lang ihres Umfangs mit mehreren, den radial außenliegenden Bereich des Gasstromes tangential mindestens teilweise in den ringförmigen Hohlraum ableitenden Einfangöffnungen ver sehen ist.According to the invention the object is achieved in that Annulus an with the outer wall an annular cavity forming partition is arranged concentrically, the ent along their circumference with several, the radially outer Area of the gas flow tangentially at least partially in ver the annular cavity-diverting capture openings see is.
Bevorzugt verläuft die Zwischenwand in Axialrichtung des Ringraumes konisch. Der Gasstrom erhält dadurch nicht nur einen Drall, sondern auch noch eine axiale Bewegungskompo nente und eine weitere Beschleunigung.The partition preferably extends in the axial direction of the Annulus conical. This not only gives the gas flow a twist, but also an axial movement compo nente and further acceleration.
Die Einfangöffnungen können über die gesamte axiale Länge der Zwischenwand angeordnet sein. Sie sollten auf jeden Fall den größeren Teil der axialen Länge erfassen. Sie können auch am Umfang der Zwischenwand in axialer Richtung gegen einander versetzt sein, so daß auf diese Weise der radial außenliegende Bereich des Gasstromes auf der gesamten Länge der Zwischenwand erfaßt wird.The capture openings can be along the entire axial length the partition be arranged. You should definitely capture the greater part of the axial length. You can against the circumference of the partition in the axial direction be offset from each other, so that the radial outer area of the gas flow along the entire length the partition is detected.
Der durch die Zwischenwand gebildete ringförmige Hohlraum wirkt für abzuscheidende Partikel wie eine Falle. Einmal in dem Hohlraum eingefangene Partikel können höchstens im Hohl raum selbst aufwirbeln, können vom Gasstrom aber nicht mehr mitgerissen werden.The annular cavity formed by the partition acts like a trap for particles to be separated. Once in particles trapped in the cavity can at most be in the cavity whirl up the room itself, but can no longer use the gas flow get carried away.
Ähnlich ist die Wirkung bei einer Gastrennung. Hier liegt ein Unterschied nur insofern vor, als daß das in den ring förmigen Hohlraum gelangende Gas durch Auslaßöffnungen im ringförmigen Hohlraum, bevorzugt axial, abgeleitet wird, während bei einer Partikelabtrennung die Auslaßöffnungen mit dem Ringraum in Verbindung stehen.The effect of gas separation is similar. Here is a difference only insofar as that in the ring shaped cavity passing gas through outlet openings in the annular cavity, preferably axially, is derived, while with a particle separation, the outlet openings with communicate with the annulus.
Die Wirksamkeit des Fliehkraftabscheiders wird bei Benutzung als Staubabscheider wesentlich erhöht, wenn der ringförmige Hohlraum außerdem erfindungsgemäß mit einem gasdurchlässigen Füllmaterial ausgefüllt ist. Als Füllmaterial kommt z. B. für einen Einsatz in Gasgeneratoren in Airbag-Schutzeinrichtun gen ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispiels weise Metallwolle, in Frage.The effectiveness of the centrifugal separator is in use as a dust collector significantly increased when the annular Cavity also according to the invention with a gas permeable Filling material is filled. As filler comes z. B. for use in gas generators in airbag protective devices a material with high thermal conductivity, for example wise metal wool, in question.
Für andere Zwecke kann eine Befüllung mit Mineralwolle, tex tilem Fasermaterial oder einem porösen Kunststoff vorgesehen sein. In besonderen Anwendungsfällen kann dieser Kunststoff elektrostatisch vorgeladen sein.For other purposes, filling with mineral wool, tex tilem fiber material or a porous plastic provided be. This plastic can be used in special applications be electrostatically charged.
Die Wirkung läßt sich weiter erhöhen, wenn zudem erfindungs gemäß zwischen dem ringförmigen Hohlraum und der Außenwand ein ringförmiger Staubauffangraum gebildet ist, der von dem ringförmigen Hohlraum durch ein Filter getrennt ist. Der Filter kann beispielsweise ein Drahtsieb sein.The effect can be further increased if also fiction according between the annular cavity and the outer wall an annular dust collecting space is formed by the annular cavity is separated by a filter. Of the A filter can be a wire screen, for example.
Zum Druckausgleich im Gasstrom kann der ringförmige Hohlraum in erfindungsgemäß bevorzugter Weise mit Druckausgleichsöff nungen versehen sein. Die Druckausgleichsöffnungen können zum Ringraum führen, sich also in der Zwischenwand befinden, oder direkt mit den Auslaßöffnungen in Verbindung stehen, indem von dem ringförmigen Hohlraum in axialer Richtung Druckausgleichsöffnungen zu dem Gasstrom außerhalb des Ring raumes hinführen.The annular cavity can be used to equalize the pressure in the gas flow in a preferred manner according to the invention with pressure compensation opening be provided. The pressure equalization openings can lead to the annulus, i.e. are located in the partition, or directly connected to the outlet openings, by moving from the annular cavity in the axial direction Pressure equalization openings to the gas flow outside the ring lead space.
In erfindungsgemäß bevorzugter Weise kann der Fliehkraftab scheider konzentrisch einen Zünder und eine einen Festtreib stoffsatz enthaltende Brennkammer umgebend mit diesen zu einem Gasgenerator für Airbag-Schutzeinrichtungen zusammen gesetzt sein.In a preferred manner according to the invention, the centrifugal force can be reduced separator concentrically one detonator and one a hard drive Combustion chamber containing the material set surrounding them a gas generator for airbag protection devices together be set.
In ebenso erfindungsgemäß bevorzugter Weise kann der Flieh kraftabscheider auch axial an einen Zünder und eine einen Festtreibstoffsatz enthaltende Brennkammer anschließend mit diesen zu einem Gasgenerator für Airbag-Schutzeinrichtungen zusammengesetzt sein. In a preferred manner according to the invention, the flee can Force separator also axially to one detonator and one Combustion chamber containing solid fuel set with this to a gas generator for airbag protection devices be composed.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei spiels in Form eines Fliehkraft-Staubabscheiders für einen Airbag-Gasgenerator näher erläutert werden. In den zugehöri gen Zeichnungen zeigenThe invention is illustrated below with the aid of an embodiment game in the form of a centrifugal dust collector for one Airbag gas generator will be explained in more detail. In the belonging show drawings
Fig. 1 den erfindungsgemäßen Fliehkraft-Staubabscheider im Zusammenbau mit einem Airbag-Gasgenerator im Schnitt, Fig. 1 shows the cyclone dust collector according to the invention in assembly with an airbag inflator in section;
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht nur des Fliehkraft-Staubabscheiders gem. Fig. 1 im Schnitt, Fig. 2 is an enlarged view of the centrifugal dust separator only. Fig. 1 in section,
Fig. 3 den erfindungsgemäß aufgebauten ringförmigen Hohl raum in geschnittener Draufsicht (Schnitt A-A gem. Fig. 4), Fig. 3 according to the invention constructed in annular hollow space in a sectional plan view (section AA according. Fig. 4),
Fig. 4 eine Seitenansicht des erfindungsgemäß ausgeführ ten ringförmigen Hohlraums im Schnitt und Fig. 4 is a side view of the inventive annular cavity in section and
Fig. 5 eine zweite Variante eines Fliehkraft-Staubab scheiders für einen Airbag-Gasgenerator im Schnitt. Fig. 5 shows a second variant of a centrifugal dust separator for an airbag gas generator in section.
Fig. 1 zeigt im Schnitt einen konzentrisch aufgebauten Airbag-Gasgenerator. Ein Zündelement 1 zündet bei Auslösung einer Airbag-Schutzeinrichtung die Feststofftabletten 2 in einer Brennkammer 3. Das entstehende Reaktionsgas gelangt durch die Einströmöffnungen 4 einer Innenwand 5 in den als Staubabscheider und diesem Falle auch als Expansionsraum wirkenden Ringraum 6. Die Einströmöffnungen 4 sind so gerichtet, daß das Reaktionsgas einen Drall erhält. Im Ring raum 6 trifft das Reaktionsgas durch die Fliehkraft auf die Zwischenwand 7 und wird durch den konischen Verlauf der Zwi schenwand 7 beschleunigt und zu einer schraubenförmigen Bewegung veranlaßt. Fig. 1 shows in section a concentrically constructed airbag gas generator. An ignition element 1 ignites the solid tablets 2 in a combustion chamber 3 when an airbag protection device is triggered. The resulting reaction gas passes through the inflow openings 4 of an inner wall 5 into the annular space 6, which acts as a dust separator and in this case also as an expansion space. The inflow openings 4 are directed so that the reaction gas receives a swirl. In the annular space 6, the reaction gas by the centrifugal force applies to the intermediate wall 7 and is's wall by the conical shape of the Zvi 7 accelerates and causes a helical movement.
In der Zwischenwand 7 sind durch Ausklinkungen Einfangöff nungen 8 gebildet, die den radial außenliegenden Gasstrom, der heiße, partikelförmige Abbrandrückstände enthält, zum größten Teil auffangen und in den ringförmigen Hohlraum 9 leiten. Der ringförmige Hohlraum 9 ist mit Metallwolle 10 gefüllt, an der die Partikel kondensieren und anhaften. Par tikel, die die Metallwolle 10 passieren können, werden von einem den ringförmigen Hohlraum 9 nach außen abschließenden Drahtsieb 11 aufgefangen und verbacken dabei. Partikel, die das Drahtsieb 11 durchdringen können; gelangen in den zwi schen dem Drahtsieb 11 und der Außenwand 12 gebildeten Staubauffangraum 13 und werden dort festgehalten.In the intermediate wall 7 Einfangöff openings 8 are formed which catch the radially outer gas stream, which contains hot, particulate combustion residues, for the most part and lead into the annular cavity 9 . The annular cavity 9 is filled with metal wool 10 to which the particles condense and adhere. Particles that can pass through the metal wool 10 are caught by a wire sieve 11 that closes the annular cavity 9 to the outside and bake in the process. Particles that can penetrate the wire screen 11 ; get into the inter mediate the wire screen 11 and the outer wall 12 formed dust collecting space 13 and are held there.
Die Metallwolle 10 und das Drahtsieb 11 wirken in Verbindung mit der Zwischenwand 7 wie ein Ventil, so daß einmal einge fangene Partikel von dem nachfolgenden Gasstrom nicht mehr aufgewirbelt und aufgenommen werden können.The metal wool 10 and the wire screen 11 act in conjunction with the intermediate wall 7 like a valve, so that once captured particles can no longer be whirled up and absorbed by the subsequent gas stream.
Zum Druckausgleich sind in der Zwischenwand 7 weitere Öff nungen 14 vorgesehen.To equalize pressure 7 further openings 14 are provided in the partition.
Noch im Gasstrom verbliebene Partikel, die sich im radial äußeren Bereich des Gasstromes befinden, werden an einem Blechwinkel 15 aufgefangen, während der saubere Teil des Gasstromes innen am Blechwinkel 15 vorbeigeführt wird. Er passiert im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen vor der Auslaßöffnung 16 in der Außenwand 12 angeordneten Auslaß filter 17.Particles that are still in the gas stream and are located in the radially outer region of the gas stream are collected on a sheet metal bracket 15 , while the clean part of the gas stream is guided past the sheet metal bracket 15 on the inside. In the present exemplary embodiment, it passes an outlet filter 17 arranged in front of the outlet opening 16 in the outer wall 12 .
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird gewährleistet, daß der Gasstrom keine mehrfachen und abrupten Richtungsän derungen erfährt und die im Gasstrom enthaltenen Partikel kondensieren können und eingefangen werden.The measures according to the invention ensure that the gas flow does not have multiple and abrupt changes in direction changes and the particles contained in the gas stream can condense and be captured.
Die Fig. 3 und 4 zeigen nur den von einem Zwischenwand teil 18 durch Abbiegen gebildeten ringförmigen Hohlraum 9, der mit der Metallwolle 10 gefüllt und nach außen mit dem Drahtsieb 11 abgeschlossen ist. Aus der Schnittdarstellung in Fig. 3 sind die Einfangöffnungen 8 gut ersichtlich, die durch Ausklinkungen in der Zwischenwand 7 gebildet sind. FIGS. 3 and 4 show only the annular cavity formed by a partition member 18 by bending 9, which is filled with metal wool 10 and closed to the outside with the wire mesh. 11 The capture openings 8 , which are formed by notches in the intermediate wall 7 , are clearly visible from the sectional view in FIG. 3.
Fig. 5 zeigt eine zweite Variante eines ebenfalls mit einem Airbag-Gasgenerator zusammenwirkenden Staubabscheiders, hier allerdings in einer axial hintereinanderliegenden Anordnung. Der Staubauffangraum 13 ist in diesem Fall durch eine Aus stülpung der Außenwand 12 gegenüber der ersten Variante etwas vergrößert. Die Auslaßöffnungen 16 befinden sich in der Stirnwand 19 und sind mit einem Drahtsieb 20 abgedeckt. FIG. 5 shows a second variant of a dust separator which also interacts with an airbag gas generator, but here in an axially successive arrangement. The dust-collecting space 13 is in this case somewhat enlarged by fitting the outer wall 12 over the first variant. The outlet openings 16 are located in the end wall 19 and are covered with a wire mesh 20 .
Claims (15)
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